EtherCAT總線伺服電機(jī)BM40001-1MK0

目前有多種用于提供實(shí)時(shí)功能的以太網(wǎng)方案：例如，通過(guò)較高級(jí)的協(xié)議層禁止CSMA/CD存取過(guò)程，并使用時(shí)間片或輪詢過(guò)程來(lái)取代它。其它方案使用交換機(jī)，并采用精確的時(shí)間控制方式分配以太網(wǎng)數(shù)據(jù)包。盡管這些解決方案能夠比較快和比較準(zhǔn)確地將數(shù)據(jù)包傳送到所連接的以太網(wǎng)節(jié)點(diǎn)，但帶寬的利用率卻很低，特別是對(duì)于典型的自動(dòng)化設(shè)備，因?yàn)榧词箤?duì)于非常小的數(shù)據(jù)量，也必須要發(fā)送一個(gè)完整的以太網(wǎng)幀。而且，重新定向到輸出或驅(qū)動(dòng)控制器，以及讀取輸入數(shù)據(jù)所需的時(shí)間主要取決于執(zhí)行方式。通常也需要使用一條子總線，特別是在模塊化I/O系統(tǒng)中，這些系統(tǒng)與Beckhoff K-總線一樣，通過(guò)同步子總線系統(tǒng)加快傳輸速度，但是這樣的同步將無(wú)法避免引起通訊總線傳輸?shù)难舆t。

通過(guò)采用EtherCAT技術(shù)， Beckhoff突破了其它以太網(wǎng)解決方案的這些系統(tǒng)限制：不必再像從前那樣在每個(gè)連接點(diǎn)接收以太網(wǎng)數(shù)據(jù)包，然后進(jìn)行解碼并復(fù)制為過(guò)程數(shù)據(jù)。當(dāng)幀通過(guò)每一個(gè)設(shè)備（包括底層端子設(shè)備）時(shí)，EtherCAT從站控制器讀取對(duì)于該設(shè)備十分重要的數(shù)據(jù)。同樣，輸入數(shù)據(jù)可以在報(bào)文通過(guò)時(shí)插入至報(bào)文中。在幀被傳遞 （僅被延遲幾位）過(guò)去的時(shí)候，從站會(huì)識(shí)別出相關(guān)命令，并進(jìn)行處理。此過(guò)程是在從站控制器中通過(guò)硬件實(shí)現(xiàn)的，因此與協(xié)議堆棧軟件的實(shí)時(shí)運(yùn)行系統(tǒng)或處理器性能無(wú)關(guān)。網(wǎng)段中的zui后一個(gè)EtherCAT從站將經(jīng)過(guò)充分處理的報(bào)文返回，這樣該報(bào)文就作為一個(gè)響應(yīng)報(bào)文由*個(gè)從站返回到主站。

從以太網(wǎng)的角度看，EtherCAT總線網(wǎng)段只是一個(gè)可接收和發(fā)送以太網(wǎng)幀的大型以太網(wǎng)設(shè)備。但是，該“設(shè)備”不包含帶下游微處理器的單個(gè)以太網(wǎng)控制器，而只包含大量的EtherCAT從站。與其它任何以太網(wǎng)一樣，EtherCAT不需要通過(guò)交換機(jī)就可以建立通訊，因而產(chǎn)生一個(gè)純粹的EtherCAT系統(tǒng)。

EtherCAT設(shè)備分主站和從站。很多工程師更關(guān)心研發(fā)的問(wèn)題，主站比如是運(yùn)動(dòng)控制器-可以用于切割、機(jī)器人等行業(yè)，從站是IO模塊，伺服驅(qū)動(dòng)器，網(wǎng)關(guān)，板卡等等。下面由于篇幅關(guān)系也只能適當(dāng)補(bǔ)充。具體的資料可以參考“EtherCAT伺服驅(qū)動(dòng)器開(kāi)發(fā)方案”+“EtherCAT主站代碼和方案”兩個(gè)文檔。

從站一般是uC+ESC（EtherCAT從站控制器）的方式，uC可以是硬核uC或者是FPGA構(gòu)建的軟核uC，ESC可以是倍?；蛘吆諆?yōu)訊的一些集成芯片，也可以是IPcore，IPcore可以跑在FPGA中?？梢詤⒖?ldquo;EtherCAT伺服驅(qū)動(dòng)器開(kāi)發(fā)方案”，里面詳細(xì)介紹了關(guān)于EtherCAT的FPGA舉例的開(kāi)發(fā)方案的例子。[1] 

從站框架圖有利于了解對(duì)整個(gè)開(kāi)發(fā)流程有個(gè)全貌。

EtherCAT從站框架圖

主站一般是：RTOS+ARM/X86/ZYNQ，RTOS有很多選擇，比如Vxworks，QNX，uCOS，Linux+開(kāi)源Xenomai，Linux+開(kāi)源rt-preempt，Windows+INtime/RTX，winCE等等。開(kāi)發(fā)出一個(gè)性能參數(shù)很優(yōu)秀的主站，比如CPU負(fù)載，抖動(dòng)，zui小周期等，有幾個(gè)先決條件：選好合適的RTOS+硬件平臺(tái)，選擇優(yōu)秀的NICdriver，選好優(yōu)秀的EtherCAT主站供應(yīng)商。具體可以再參考“EtherCAT主站代碼和方案”文檔[2] 

EtherCAT主站框架圖

主站框架圖有利于了解對(duì)整個(gè)開(kāi)發(fā)流程有個(gè)全貌。